基于AD9680的宽带高动态全数字雷达接收机设计

摘要：针对某宽带雷达数字接收机对带宽、动态、处理速度、多通道等指标的需求，设计了一种基于新型ADC器件AD9680的宽带高动态全数字雷达接收机验证平台。文中首先在搭建的平台上对AD9680进行全带宽模式和数字下变频模式的性能验证与结果分析，根据分析结果提出改善AD9680动态性能的方案;其次，对AD9680两个通道之间的同步性做了验证，并提出了一种针对双通道时间偏差的优化方法。各项结果表明，AD9680能满足某宽带雷达的应用需求。

关键词 AD9680;宽带雷达数字接收机;JESD204B;数字下变频;双通道同步

现代雷达数字接收机的特点是环境化、模块化，日益复杂的电磁环境要求宽带数字接收机必须具备以下功能：大瞬时带宽、实时信号接收、大动态范围、高灵敏度和频率分辨能力。基于软件无线电的宽带雷达数字接收机射频前端通过专用ADC(Analog—to—DigitalConverter)芯片对射频信号直接采样，增加了射频前端的灵活性，减少了模拟环节。某雷达升级改进要求系统的量化位数达到14位，采样率为1GSample·s-1，能从水平与垂直两个极化通道采集频段为1.2～1.4 GHz的射频信号。文献实现了等效采样速率可达10GSample·s-1的4通道数字式脉冲超宽带雷达信号接收;文献实现了基于拼接采样技术的宽带数字接收机，能对带宽1.2 GHz的模拟信号以采样率3.2 GSample·s-1采样;但其的量化位数均只有10位，能满足该雷达需求的数字接收机未见报道。

本文采用由AD公司生产的新型ADC器件AD9680，该芯片具有两个数据输入通道，量化位数14 bit，采样率1GSample·s-1，支持高达2 GSample·s-1的射频信号直接采样，且内部集成4个宽带抽取滤波器和12位数控振荡器(Numerically Controlled Oscillator，NCO)、采用JESD204B高速串行输出接口协议。不仅能满足某射频雷达对上述指标的需求，且还具有多频段接收、小型化、低功耗的特点。

1 系统简介

为满足某宽带射频雷达的需求，设计了一款基于AD9680的仿真和验证平台，该平台由型号为AD9680—1000EBZ的AD9680采集板和型号为ADS7-V1EBZ的FPGA(Field Programm able Gate Array)载板组成。系统框图及硬件验证平台如图1和图2所示。

2 性能验证、分析与改善

首先是程序的编写，AD9680的高速串行协议JESD204B通过代码组同步、SYNCINB±、ILAS、用户数据和错误校正建立链路同步，输出串行线速率为每通道10 Ghit·s-1或5 Gbit·s-1。JESD204B链路建立的关键参数有：转换器数M、物理通道数L、每帧的8为字数F、每个多帧的帧数K以及转换器分辨率N和每个样本使用的位数N’，本系统依据以上参数进行串行线速率及FPGA GTX(Gigabit Transceiver X)参考时钟配置。

2.1 全带宽模式

某雷达工作频段存在较强的干扰，对ADC的瞬时动态要求较高，因此对ADC采样率和分辨率的要求也较高。所以本文在配置满量程信号输入、采样点数、SPI软复位、JESD20 4B关键参数值等后得到全带宽模式下的FPGA数字信号输出并对其进行ADC性能计算，结果如图3和图4所示。

图4中采样信号的频率范围由系统的3个带通滤波器决定，分别为260～460 MHz，1 170～1 290 MHz，1 570～1 610 MHz。射频数字化接收机动态设计时要求接收机模拟射频通道动态与接收机输入信号及ADC的动态相匹配。这就要求接收机增益设计时最大输入信号不致ADC 饱和，同时最小信号输入并经过射频前端增益放大后能被ADC充分量化。故本文在接收机大线性动态范围设计时主要考虑合理分配接收机各级增益和选择动态范围大的器件。另通过分析知调节电路输入端端接阻抗、模拟差分输入电压、输入缓冲电流可改善输出数据的动态性能。首先，合理的输入阻抗可满足驱动器、放大器的端接需求，阻抗小的情况下模拟信号输入幅度减小，ADC性能变差，虽然谐波分量同时可能得到改善。其次，随着信号频率的增加，适当地减小模拟差分输入电压，增加输入缓冲电流，可达到抑制噪声分量，保护差分信号的线性，改善ADC动态性能的效果。实测过程中发现在某射频雷达所需的带宽1 200～1 400 MHz范围内，固定输入端接阻抗为400 Ω，模拟差分电压为1.46Vp-p，并适当调节缓冲电流可得到最优的ADC性能。优化后的结果如图4所示，系统有效位数>8.4位，SFDR 值>64.5 dB，可满足实际项目中ADC器件选型一方面要达到特定指标需求，另一方面要具备较好的动态性能的要求。

2.2 下变频模式

射频数字化接收机的变频和滤波等都在数字域实现，为了适应不同频段信号接收和信道化通道数的要求，本